Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Getriebe zur Verwendung in Verbindung mit einer Rotationsmaschine.
Rotationsmaschinen, für die die vorliegende Erfindung angewandt werden kann, umfassen Rotations-Dampfmaschinen, Rotationspumpen und insbesondere Rotations-Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung, wobei alle diese Maschinen vom bekannten "Katz und Maus"-Typ sind.
Solche Rotationsmaschinen weisen in üblicher Weise ein Paar von zumindest zweiflügligen Kolben auf, die sich in einem Zylinder befinden. Die Kolbenflügel sind um die Zentralachse des Zylinders drehbar, derart, dass zwischen den benachbarten Flügeln, ein Flügel von jedem Kolben, Kammern gebildet werden. Diese Kolben stehen über einen Steuermechanismus derart miteinander in Verbindung, so dass zusätzlich zur gemeinsamen Rotationsbewegung ein relativer Oszillationsmotor überlagert wird, der bewirkt, dass die zwischen benachbarten Flügeln gebildete Kammer zyklisch vergrössert und verringert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere beides, nämlich eine Kraftübertragung zur Einrichtung oder von dieser nach aussen und zur Steuerung der relativen Oszillationsbewegung zwischen den Kolben der Rotationsmaschine.
Technologischer Hintergrund
Um von einer Rotationsmaschine einen effektiven Nutzen zu erzielen, muss eine von zwei möglichen Arbeitsweisen verwendet werden.
Die erste Arbeitsweise umfasst eine Überlagerung der Rotationsbewegung des ersten Kolbens durch eine zyklische Hin- und Herbewegung nach rückwarts und vorwärts, bezüglich des zweiten Kolbens. Beispiele von Rotationsmaschinen, die in dieser Art arbeiten, sind durch die GB 987 989, GB 1 028 098, GB 1 031 626, GB 1 034 023 und GB 1 410 498 bekannt.
Die zweite Arbeitsweise umfasst eine Überlagerung der Rotationsbewegung von beiden Kolben durch eine zyklische Hin- und Herbewegung nach rückwärts und vorwärts, und zwar phasenverschoben um 180 DEG der beiden Kolben zueinander, so dass wenn die Flügel des ersten Kolbens sich nach vorwärts bewegen, die Flügel des zweiten Kolbens sich relativ nach hinten bewegen, um die ersten zu treffen. Durch die WO 86/01 255, GB 1 419 043 und GB 2 251 655 sind Rotationsmaschinen bekannt, die in dieser Weise arbeiten.
Rotationsmaschinen haben im allgemeinen einen wesentlich einfacheren Aufbau als ihre hin- und hergehenden Gegenstücke, da sie keine Ventile erfordern sowie keine Verbindungsgestänge und dergleichen. Es tritt jedoch ein Problem auf hinsichtlich der Steuerung der relativen Bewegung der Kolben, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
In dieser Hinsicht kann die gewünschte Arbeitsweise sehr einfach durch eine einfache harmonische hin- und hergehende Bewegung erzielt werden, die von der Bewegung eines Punktes, der um eine Achse rotiert, abgeleitet wird. Die prinzipielle Schwierigkeit zum Erreichen einer Steuerung der relativen Kolbenbewegung liegt in der Umwandlung dessen, was für eine zweidimensionale Bewegung wesentlich ist, nämlich Umwandlung einer Rotation in eine einfache hin- und hergehende Bewegung nach vorwärts und rückwärts.
Viele bekannte Steuersysteme verwenden eine Anordnung mit einem gleitenden Stift und Schlitz, um die einfache harmonische Hin- und Herbewegung aus der Drehbewegung des Stiftes auf einem Planetenrad zu erzielen, das auf ein Zahnrad treibt, das sich auf der Hauptwelle der Rotationsmaschine befindet. Es sind auch andere ähnliche Anordnungen bekannt. Aus den GB 1 034 042 und der US 4 788 952 sind solche Beispiele bekannt. Bei anderen bekannten Steuersystemen werden komplexe Systeme von Kurbeln, Verbindungsstangen und/oder Nocken verwendet, um die hin- und hergehende Bewegung zu erzielen. Steuereinrichtungen in dieser Art sind durch die GB 987 989, GB 1 028 098, GB 1 031 626, GB 1 410 478 und die WO 86/01 255 offenbart.
Alle vorerwähnten bekannten Einrichtungen sind in zumindest einer oder anderer der folgenden Hinsichten unzulänglich - sie umfassen oszillierende Massen in verhältnismässig grossen Abständen zur Rotationsachse, so dass hierdurch komplexe Vibrationsmuster entstehen, die zu mechanischen Untauglichkeiten führen, sie sind unfähig mit hoher Geschwindigkeit zu arbeiten und/oder unfähig, die Arbeitsgeschwindigkeit schnell zu ändern, sie unterliegen einer hohen mechanischen Abnutzung, und sie sind gross und massig bezüglich den anderen Bauteilen.
Die GB 1 419 043 zeigt einen anderen Weg. Diese Ausbildung ist ein Schritt hin zu einer ausführbaren Lösung; wie aber aus den der Patentbeschreibung beigefügten Zeichnungen, besonders Fig. 1, zu ersehen ist, benötigten die Steuereinrichtung und das Getriebe mehr Platz als die Rotationsmaschine selbst. Ausserdem tritt durch die Anordnung eines einzelnen versetzten Planetenrades (11) an jedem Ende der Rotationsmaschine, wie in den Fig. 1 und 4 bis 7 der Zeichnungen ersichtlich ist, keine Umwandlung einer resultierenden Kraft von Null auf, so dass durch die dynamische Unausgeglichenheit und damit die Instabilität ein nicht gebrauchsfähiges Ergebnis erzielt wird.
Das in der GB 2 251 655 offenbarte Getriebe mit Steuereinrichtung weist einen weiteren Vorteil auf. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass sich die Steuereinrichtung auf der Hauptwelle der Rotationsmaschine befindet, so dass hierdurch eine verhältnismässig kompakte Einheit geschaffen werden kann. Probleme mit der offenbarten Steuereinrichtung bestehen aber darin, dass sich die Verbindungsarme (16) hin- und herbewegen, so dass eine Wechselbelastung längs der Hauptwelle entsteht. Wenn die Rotationsmaschine in der eingangs erwähnten ersten Arbeitsweise arbeitet, treten hierdurch bedeutende Schwingungen auf. Diese Vibration kann weitgehend verhindert werden, wenn auf der anderen Seite der eigentlichen Maschine eine zweite Einrichtung so angeordnet wird, dass sie mit 180 DEG phasenverschoben arbeitet.
Durch dieses letztere wird erreicht, dass die Rotationsmaschine in der eingangs genannten zweiten Weise arbeitet. Dennoch ist die erläuterte Einrichtung noch deshalb unbefriedigend, und zwar wegen den mechanischen Problemen, die sich durch den hin- und hergehenden Arm ergeben. Wegen der weiteren Notwendigkeit von spezifischen Verhältnissen zwischen dem Kegelrad (12) und den Kegelrädern (11) besteht eine Begrenzung in der Amplitude der oszillierenden Bewegung, die auf die Kolbenflügel übertragen werden kann, wodurch die Kammergrösse der Rotationsmaschine begrenzt wird. Schliesslich bedeutet die Anordnung eines Getriebes und einer Steuereinrichtung auf beiden Seiten der Rotationsmaschine Nachteile dahingehend, dass der Zusammenbau und die Wartung schwierig ist, und dass der praktische Einsatz einer solchen Maschine schwieriger ist.
Es wird die Schaffung einer Steuereinrichtung bezweckt, die auch als Getriebe dienen kann und geeignet ist, mit einer Rotationsmaschine des "Katz und Maus"-Typs verwendet zu werden, bei welcher Steuereinrichtung zumindest ein Teil der vorerwähnten Probleme der bekannten Einrichtungen vermieden werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft in einer ersten, weiten Hinsicht eine Einrichtung, die als Steuermechanismus und als Getriebe dient und geeignet ist zur Verwendung in Verbindung mit einer Rotationsmaschine, wobei die Einrichtung ein Gehäuse aufweist, von dem eine erste und zweite Welle abragt, wobei beide Wellen koaxial liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle in einem Rahmen endigt, der sich dreht, wenn sich die zweite Welle dreht, mit einem ersten und zweiten Kegelrad, die unbeweglich im Gehäuse angeordnet sind und koaxial zur ersten und zweiten Welle ausgerichtet und in einem solchen Abstand voneinander liegen, dass der dazwischenliegende Rahmen frei drehen kann, dass im Rahmen ein erstes und zweites Planetenrad angeordnet ist, die koaxial zueinander liegen,
deren Drehachse versetzt ist zu einer zur gemeinsamen Achse der ersten und zweiten Welle sowie ersten und zweiten Kegelrad rechtwinklig liegenden Achse, so dass das erste Planetenrad nur mit dem ersten Kegelrad in Eingriff ist und das zweite Planetenrad nur mit dem zweiten Kegelrad in Eingriff ist, so dass, wenn sich die zweite Welle und der Rahmen drehen, das erste und zweite Planetenrad in Eingriff sind mit ihrem zugeordneten Kegelrad und in die gleiche Drehrichtung rotieren, dass im Rahmen zwischen den Planetenrädern ein Übertragungselement vorhanden ist, das mit der ersten Welle in Eingriff steht zur Übertragung einer einfachen harmonischen hin- und hergehenden Bewegung nach rückwärts und vorwärts auf die erste Welle oder von dieser ausgehend.
Die vorerwähnte Einrichtung ergibt einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem Bekannten, da die Einrichtung dynamisch vollständig ausgeglichen arbeiten kann. Weiterhin kann eine solche Einrichtung sehr kompakt ausgebildet werden, kann weiterhin mechanisch eine hohe Lebensdauer haben und kann hohen Belastungen ausgesetzt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn das Übertragungselement einen eine konstante Geschwindigkeit aufweisenden Verbindungsteil aufweist, der an der ersten Welle sitzt, wobei der die konstante Geschwindigkeit aufweisende Verbindungsteil einen ersten und zweiten Ansatz aufweist, wobei der erste Ansatz exzentrisch und drehbar mit dem ersten Planetenrad in Verbindung steht und der zweite Ansatz exzentrisch und drehbar mit dem zweiten Planetenrad in Verbindung steht.
Es ist vorteilhaft, wenn die ersten und zweiten Ansätze zu einer gemeinsamen Achse ausgerichtet liegen, die durch das Zentrum des die konstante Geschwindigkeit aufweisenden Verbindungsteils hindurchgeht.
Zweckmässigerweise ist der Winkel der Exzentrizität der gemeinsamen Achse der ersten und zweiten Ansätze bezüglich der Drehachse des ersten und zweiten Planetenrades im Bereich zwischen 5 DEG und 80 DEG .
Fakultativ kann der Winkel der Exzentrizität der gemeinsamen Achse der ersten und zweiten Ansätze bezüglich der Drehachse des ersten und zweiten Planetenrades im Bereich von 30 DEG bis 60 DEG liegen.
Als Alternative hierzu kann der Winkel der Exzentrizität der gemeinsamen Achse der ersten und zweiten Ansätze bezüglich der Drehachse der ersten und zweiten Planetenräder im Bereich von 5 DEG und 40 DEG und speziell im Bereich zwischen 15 DEG und 25 DEG liegen.
Es ist möglich, dass das Übertragungselement einen sphärischen Teil umfasst, der unbeweglich am ersten und zweiten Planetenrad und zwischen diesen liegend angeordnet ist, wobei das sphärische Teil eine kreisförmige Nockenbahn aufweist, die in einem Winkel geneigt liegt zwischen der Drehachse der ersten und zweiten Planetenräder und des sphärischen Teils und der Drehachse der ersten Welle, dass das Übertragungselement weiterhin eine kreisförmige Exzenterrolle aufweist, die drehbar an der Nockenbahn angebracht ist, wobei die Exzenterrolle schwenkbar mit einem Joch verbunden ist, das selbst wieder mit der ersten Welle verbunden ist.
Es ist vorteilhaft, wenn der Neigungswinkel der Nockenbahn bezüglich der Drehachse des sphärischen Teils und damit der ersten und zweiten Planetenräder im Bereich zwischen 10 DEG und 85 DEG liegt. Wahlweise kann der Neigungswinkel im Bereich zwischen 30 DEG und 60 DEG liegen. Es ist auch möglich, dass der Neigungswinkel im Bereich zwischen 50 DEG und 85 DEG liegt. Insbesondere kann der Neigungswinkel im Bereich von 55 DEG bis 75 DEG liegen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Übertragungselement einen auf der ersten Welle verschwenkbar verstiftet sitzenden Bauteil aufweisen, der einen ersten und zweiten Ansatz hat, wobei der erste Ansatz exzentrisch und drehbar mit dem ersten Planetenrad in Verbindung steht und der zweite Ansatz exzentrisch und drehbar mit dem zweiten Planetenrad in Verbindung steht.
Es ist vorteilhaft, wenn die ersten und zweiten Ansätze zu einer gemeinsamen Achse ausgerichtet liegen, die durch das Zentrum des verschwenkbar verstifteten Bauteils hindurchgeht.
Es ist zweckmässig, wenn der Winkel der Exzentrizität der gemeinsamen Achse der ersten und zweiten Ansätze bezüglich der Drehachse der ersten und zweiten Planetenräder im Bereich von 5 DEG und 80 DEG liegt.
Wahlweise kann der Winkel der Exzentrizität der gemeinsamen Achse der ersten und zweiten Ansätze bezüglich der Drehachse der ersten und zweiten Planetenräder im Bereich von 30 DEG bis 60 DEG liegen.
Als Alternative kann der Winkel der Exzentrizität der gemeinsamen Achse der ersten und zweiten Ansätze bezüglich der Drehachse des ersten und zweiten Planetenrades im Bereich von 5 DEG und 40 DEG , insbesondere im Bereich von 15 DEG und 25 DEG liegen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Kegelräder und die Planetenräder als spiralverzahnte Kegelräder ausgebildet sind.
In vorteilhafter Weise liegen die erste und zweite Welle zueinander konzentrisch, wobei die zweite Welle als Hohlwelle ausgebildet ist, um die erste Welle aufzunehmen.
In zweckmässiger Weise weist die Einrichtung eine dritte Welle auf, die koaxial zur ersten und zweiten Welle liegt, und mit dem Rahmen verbunden ist, welche dritte Welle auf der entgegengesetzten Seite bezüglich der zweiten Welle vom Rahmen abragt.
In vorteilhafter Weise beträgt die Anzahl der Zähne der Kegelräder ein binäres Mehrfaches der Anzahl der Zähne der Planetenräder.
Insbesondere haben die Kegelräder die zweifache Anzahl an Zähnen als die Planetenräder.
Die Erfindung betrifft in einer zweiten breiten Hinsicht auch eine Rotationsmaschine, die die Einrichtung nach Anspruch 1 enthält, wobei die Rotationsmaschine vom "Katz und Maus"-Typ ist.
Es ist vorteilhaft, wenn die Rotationsmaschine zwei Kolben aufweist, wobei jeder Kolben zwei radial einander gegenüberliegende Kolbenflügel hat.
Es ist zweckmässig, wenn die erste Welle der Einrichtung mit dem einen Kolben und die zweite Welle der Einrichtung mit dem anderen Kolben verbunden ist.
Als Alternative kann die einfache harmonische Hin- und Herbewegung nach rückwärts und vorwärts über ein Differential mit einer 180 DEG Phasenverschiebung auf die beiden Kolben oder von diesen beiden Kolben her übertragen werden.
Insbesondere kann die erste Welle der Einrichtung mit einem Kolben verbunden sein und die zweite Welle in einem kreisförmigen Joch endigen, das mehrere radial aussenliegende, im gleichmässigen Abstand über den Umfang verteilt angeordnete, frei drehende Planetenräder aufweist, die mit zwei Kegelrädern in Eingriff stehen, die koaxial zueinander angeordnet sind, und zwar auf jedem der zwei Kolben eines dieser Kegelräder.
Ein Vorteil der letztgenannten Ausbildung ist darin zu sehen, dass die eingangs erläuterte zweite Arbeitsweise mit nur einem einzigen Getriebe und Steuervorrichtung durchgeführt werden kann.
In vorteilhafter Weise ist die Rotationsmaschine als Pumpe ausgebildet. Alternativ hierzu kann die Rotationsmaschine aber auch entweder eine Verbrennungsmaschine oder eine Dampfmaschine sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, die nur Beispiele zeigen, anhand von beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise geschnitten, eines Getriebes und einer Steuereinrichtung gemäss der Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Exzenterrolle, ein Joch und eine Drehwelle der Einrichtung nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines sphärischen Nokkens der Einrichtung nach Fig. 1;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht, teilweise geschnitten, einer weiteren Ausführungsform des Getriebes und der Steuereinrichtung gemäss der Erfindung;
Fig. 5 eine schaubildliche Explosionszeichnung eines Übertragungselementes, einer ersten und zweiten Welle und eines Gehäuses der Einrichtung nach Fig. 4;
Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie XX min der Einrichtung nach Fig. 4;
Fig. 7 die in Fig. 4 gezeigte Einrichtung, die mit den Kolben einer schematisch dargestellten Drehmaschine gekoppelt ist;
Fig. 8 die in Fig. 4 gezeigte Einrichtung, die mit den Kolben einer schematisch dargestellten Drehmaschine, die einen anderen Aufbau hat, gekoppelt ist; und
Fig. 9 einen Querschnitt nach der Linie ZZ min in Fig. 8.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die erste Ausführungsform der Erfindung gemäss den Fig. 1 bis 3 zeigt eine Einrichtung 1, die als Steuervorrichtung und Getriebe mit einer Rotationsmaschine des sogenannten "Katz und Maus"-Typs geeignet ist.
Detaillierter, hat die Einrichtung 1 ein Gehäuse 2, von dessen einer Seite zwei Wellen 3, 4 abragen. Die Wellen 3 und 4 sind koaxial und konzentrisch, wobei die Welle 4 als Hohlwelle ausgebildet ist und die Welle 3 drehbar aufnimmt. Das eine Ende der Welle 4 reicht bis zu einem drehbaren Rahmen 5 und ist an diesem befestigt.
Im Gehäuse 2 sind zwei Kegelräder 6 und 7 drehfest angeordnet und sind zueinander und zu den Wellen 3 und 4 koaxial ausgerichtet. Die Kegelräder 6 und 7 haben einen solchen Abstand voneinander, dass der Rahmen 5 sich dazwischen drehen kann. Im Rahmen 5 sind ein erstes Planetenrad 8 und ein zweites Planetenrad 9 koaxial auf einer Drehachse angeordnet, die um einen Winkel mu bezüglich der Vertikalen (rechtwinklig zur Drehachse der Kegelräder 6 und 7) geneigt liegt. Diese Winkelversetzung gewährleistet, dass das Planetenrad 8 nur mit dem Kegelrad 6 in Eingriff steht, und dass das Planetenrad 9 nur mit dem Kegelrad 7 in Eingriff steht. Wenn sich die Welle 4 und der Rahmen 5 drehen, drehen sich auch die Planetenräder 8 und 9 in dieselbe Drehrichtung.
Zwischen den Planetenrädern 8 und 9 liegt ein mit der Welle 3 in Eingriff stehendes Übertragungselement 10, um eine einfache harmonische Hin- und Herbewegung vorwärts und rückwärts auf diese oder von dieser zu übertragen.
Das Übertragungselement 10 hat einen sphärischen Nockenteil 11 mit einer kreisförmigen Nokkenbahn 12, die in einem Winkel A zur Drehachse des Nockenteils 11 geneigt liegt. Von einander entgegengesetzten Seiten des Nockenteils 11 ragen zwei Achsen 13 und 14 nach aussen ab und sind starr mit einem jeweils zugeordneten Planetenrad 8 oder 9 befestigt. Die Planetenräder 8 und 9 drehen somit zusammen mit dem sphärischen Nockenteil 11.
Aus Fig. 2 ist am besten zu sehen, dass eine kreisförmige Exzenterrolle 15 in Gleitverbindung mit der Nockenbahn 12 steht. Die Exzenterrolle 15 ist mit ihrer in Fig. 2 vertikalen Mittellinie in einem Joch 16 schwenkbar gelagert, welches Joch als Verlängerung der Welle 3 ausgebildet ist.
Wenn sich der sphärische Nockenteil 11 dreht, umkreist die geneigte Nockenbahn 12 mit der darinliegenden gleitbaren Exzenterrolle 15 den Nockenteil 11. Da die Exzenterrolle 15 auf die Nockenbahn 15 einwirkt oder ihr folgt, haben die Winkeländerungen ihrer Lage in der zur Welle 3 parallelen Ebene eine relative Verschwenkung zwischen Joch 16 und Exzenterrolle 15 zur Folge. Winkeländerungen in der zur Welle 3 rechtswinkligen Ebene werden umgewandelt oder ergeben eine einfache harmonische rückwärts und vorwärts verlaufende Hin- und Herbewegung der Welle 3.
Die Einrichtung 1 hat weiterhin eine am Rahmen 5 fest angeordnete dritte Welle 17, die koaxial zu den Wellen 3 und 4 aber an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 2 liegt.
Abhängig davon, ob die Einrichtung in Verbindung mit einer Rotationspumpe oder einer Rotations-Verbrennungsmaschine oder einer Dampfmaschine in Verbindung steht, dient die Welle 17 als Haupteingangswelle oder Hauptausgangswelle. In dieser Hinsicht hat die Welle 3 ein freies Ende, das über das Ende der Welle 4 hinausragt, damit entsprechende nicht dargestellte Kolben einer nicht dargestellten Rotationsmaschine mit der geeigneten Welle 3 und 4 verbunden werden können.
Im folgenden wird nunmehr eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Fig. 4 bis 6 erläutert, wobei gleiche Bauteile, wie bei der ersten Ausführungsform, gleich bezeichnet werden.
Das Übertragungselement 10 umfasst einen eine gleichmässige Geschwindigkeit bewirkenden Verbindungsteil 20, der mittels einer Kerbverzahnung am Ende der Welle 3 innerhalb des Gehäuses 2 befestigt ist. Auf entgegengesetzten Seiten des die gleichmässige Geschwindigkeit bewirkenden Verbindungsteils 20 sind Ansätze 21 und 22 vorhanden. Jeder Ansatz 21 und 22 ist exzentrisch in einer zugeordneten Nabe 23, 24 drehbar gelagert, welche Naben selbst wieder im Rahmen 5 drehbar gelagert sind.
Das Planetenrad 8 sitzt undrehbar auf einem Ansatz 25, der von der Nabe 23 aus abragt und koaxial zu ihrer Drehachse ausgerichtet liegt. In gleicher Weise sitzt das Planetenrad 9 auf einem von der Nabe 24 abragenden Ansatz 26, der zu ihrer Drehachse koaxial ausgerichtet liegt.
In Folge der exzentrischen Anordnung der Ansätze 21 und 22 bezüglich ihrer zugeordneten Naben 23 und 24 liegt der mit gleichmässiger Geschwindigkeit sich bewegende Verbindungsteil 20 in einem Winkel B geneigt zur gemeinsamen Drehachse der Planetenräder 8 und 9.
Wenn sich die miteinander verbundenen Wellen 17 und 4 drehen, werden auch die Planetenräder 8 und 9 durch Ziehen (oder Drücken) durch den Rahmen 5 ebenfalls gedreht. Wenn die Planetenräder 8 und 9 drehen, müssen sich auch die Naben 23 und 24 drehen und hierdurch übertragen die sich innerhalb der Naben 23, 24 befindlichen Ansätze 21, 22 eine Taumelbewegung auf (oder von) das mit konstanter Geschwindigkeit sich bewegende Verbindungsteil 20.
Wenn das mit konstanter Geschwindigkeit sich bewegende Verbindungsteil 20 taumelt, wird die Bewegung in der Ebene parallel zur Welle 3 durch den Verbindungsteil 20 selbst bewirkt (oder erzeugt). Die zur Welle 3 rechtwinklig liegende Bewegung wird jedoch vom mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Verbindungsteil 20 auf die Welle 3 übertragen (oder umgekehrt).
Die Welle 3 bewirkt oder auf sie wird eingewirkt mit zwei Winkelkomponenten, nämlich eine reine Rotation, gemeinsam mit der Welle 4, und ebenfalls einer einfachen harmonischen rückwärts und vorwärts ablaufenden Hin- und Herbewegung.
Es ist erkennbar, dass bei der erläuterten Ausbildung das mit konstanter Geschwindigkeit sich bewegende Verbindungsteil 20 bezüglich der Welle 3 lediglich als verstifteter Schwenkteil wirksam ist. Dementsprechend kann es in manchen Fällen wünschbar sein, den mit konstanter Geschwindigkeit sich bewegenden Verbindungsteil 20 durch einen einfachen Schwenkteil zu ersetzen, der auf der Welle 3 direkt oder indirekt schwenkbar verstiftet sitzt.
Es ist jedoch augenscheinlich, dass der mit konstanter Geschwindigkeit sich bewegende Verbindungsteil 20 hinsichtlich kleineren Volumens und kleinerer Grösse der Einrichtung 1 mehr Vorteile bietet, wie z.B. bei der Kraftübertragung, die über den gesamten Umfang der Welle 3 verteilt ist.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen zwei mögliche unterschiedliche Ausbildungen einer Rotationsmaschine, bei der die Einrichtung 1 verwendet wird.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Rotationsmaschine 30 ist die Welle 3 der Einrichtung 1 mit einem ersten Kolben 31 verbunden, und die Welle 4 ist mit einem zweiten Kolben 32 verbunden. Bei dieser Ausbildung arbeitet die Rotationsmaschine 30 in der früher beschriebenen ersten Arbeitsweise, nämlich derart, dass sich der Kolben 32 sich mit einer spezifischen Winkelgeschwindigkeit dreht, während sich der erste Kolben 31 mit einer hin- und hergehenden Bewegung oberhalb und unterhalb dieser Winkelgeschwindigkeit bewegt, in Folge der überlagerten relativen einfachen harmonischen vorwärts und rückwärts ablaufenden Hin- und Herbewegung, gesteuert durch die Einrichtung 1.
Bei der zweiten Ausbildung der Rotationsmaschine 40 nach den Fig. 8 und 9 ist die Welle 3 der Einrichtung 1 mit einem ersten Kolben 41 verbunden. In Abweichung von der Ausbildung nach Fig. 7 jedoch ist die Welle 4 nicht direkt mit dem anderen Kolben 42 verbunden, sondern endigt in einem kerbverzahnten Abschnitt 43, auf dem ein Joch 44 sitzt. Vom Joch 44 ragen vier im gleichmässigen Abstand über den Umfang verteilte Ansätze 45 radial nach aussen ab. Auf jedem Ansatz 45 sitzt frei drehbar ein Planetenrad 46. Jeder der Kolben 41 und 42 trägt ein innenliegendes Kegelrad 47 bzw. 48, das mit jedem Planetenrad 46 kämmt.
Durch die vernetzte Anordnung wird ein Differential gebildet, wobei, obwohl beide Kolben eine gemeinsame Komponente V der Winkelgeschwindigkeit nach vorn aufweisen, sie auch noch eine überlagerte hin- und hergehende Komponente der Winkelgeschwindigkeit aufweisen, und zwar 180 DEG phasenverschoben zueinander, gesteuert durch die Einrichtung 1.
Zurückkommend auf die frühere Erläuterung, bedeuten die in den Fig. 1 und 4 gezeigten Winkel A bzw. B die die Amplitude der hin- und hergehenden Bewegung nach vorwärts und zurück, die auf einen oder beide der Kolben 31 (bzw. 41, 42) der Rotationsmaschine 30 (bzw. 40) übertragen werden kann.
In den Zeichnungen ist A etwa mit 60 DEG dargestellt und B ist mit etwa 25 DEG dargestellt, kann aber auch bis etwa 30 DEG betragen.
Es ist erkennbar, dass der Wert für A äquivalent dem Wert von B ist, gerechnet als 90 DEG -A. Deshalb beträgt in Fig. 1 der äquivalente Wert 30 DEG .
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bei einer Anordnung nach Fig. 7 beträgt die Amplitude der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 31 gesamthaft 60 DEG . In gleicher Weise beträgt bei der Ausführungsform nach Fig. 4 bei einer Anordnung nach Fig. 7 die Amplitude der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 31 gesamthaft 50 DEG . Wo jeder Kolben 31, 32 zwei radial einander gegenüberlie gende Flügel aufweist, erstreckt sich jeder über einen Sektor von etwa 59 DEG , und zwar bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und beträgt bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform 64 DEG (wobei ein Spalt von 2 DEG zwischen den Kolben 31 und 32 und den Endstellungen der hin- und hergehenden Bewegung gelassen wird).
Bei der Anordnung nach den Fig. 8 und 9 jedoch beansprucht jeder Flügel eines zweiflügligen Kolbens einen Sektor von etwa 29 DEG , falls die Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet wird, und falls die Ausführungsform nach Fig. 4 verwendet wird, beträgt der Sektor für jeden Kolbenflügel 34 DEG .
Bei einer Anordnung nach Fig. 7 kann es sich als vorteilhaft zeigen, wenn jeder Kolben vier oder ein anderes Mehrfaches von zwei Kolbenflügeln aufweist. In einem solchen Fall z.B. benötigt dann jeder Flügel nur den halben Sektorbereich von einem zweiflügligen Kolben.
Falls die Rotationsmaschine eine Brennkraftmaschine mit inneren Verbrennung ist, ist es klar, dass es auch noch notwendig ist, die Frequenz der hin- und hergehenden Bewegungen so einzustellen, dass die gewünschte Zwei-Takt oder Vier-Takt-Arbeitsweise erreicht wird. Dies kann durch Veränderung des Verhältnisses in der Anzahl der Zähne der Planetenräder 8, 9 zur Anzahl der Zähne der Kegelräder 6, 7 erreicht werden. Das Verhältnis sollte jedoch auch ein Mehrfaches von zwei sein.
Wo die Rotationsmaschine in Verbindung mit der Einrichtung 1 als Pumpe ausgebildet ist, treten keine Probleme bei der Drehmomentenübertragung von der Welle 3 zu Welle 17 auf. Wenn die Rotationsmaschine jedoch eine Brennkraftmaschine oder eine Dampfmaschine ist, so dass das Drehmoment und die Leistung innerhalb der Welle 3 auftreten und über die Welle 17 nach aussen gelangen, muss Sorge dafür aufgewandt werden, um sicherzustellen, dass der Arbeitshub in der korrekten Stellung des Übertragungselementes 10 eintritt. Um dies zu berücksichtigen, sollte der Arbeitshub nicht über die Mittelstellung der einfachen harmonischen Hin- und Herbewegung nach vorwärts und rückwärts hinaus fortführen, wenn sonst nicht die Einrichtung 1 so geneigt werden kann, dass eine Sperre in manchen Fällen eintritt.
Zusätzliche Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann erkennbar, nachdem er die Prinzipien in den einzelnen Punkten wie erläutert und dargestellt berücksichtigt.
Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass bei den vorerwähnten Ausführungsbeispielen der Erfindung Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass von den Prinzipien der Lehre abgewichen wird. So können z.B. alle Zahnräder spiralverzahnte Kegelräder sein, um eine verbesserte Laufeigenschaft zu erhalten. Weiterhin können die Flügel eines Kolbens irgendeine Form haben.
Schliesslich soll noch darauf hingewiesen werden, dass die Erfindung nicht auf die speziellen beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern umfasst alle Änderungen, zusätzliche Ausbildungen oder Abänderungen, die sich innerhalb des Bereichs der beigefügten Patentansprüche befinden.
Technical field
The invention relates to a transmission for use in connection with a rotary machine.
Rotary machines to which the present invention can be applied include rotary steam engines, rotary pumps, and particularly rotary internal combustion engines, all of which are of the known "cat and mouse" type.
Such rotary machines usually have a pair of at least two-bladed pistons, which are located in a cylinder. The piston wings are rotatable about the central axis of the cylinder in such a way that chambers are formed between the adjacent wings, one wing of each piston. These pistons are connected to one another via a control mechanism such that, in addition to the common rotational movement, a relative oscillation motor is superimposed, which causes the chamber formed between adjacent vanes to be cyclically enlarged and reduced.
The present invention relates in particular to both, namely a power transmission to the device or from it to the outside and for controlling the relative oscillation movement between the pistons of the rotary machine.
Technological background
In order to achieve effective use from a rotary machine, one of two possible ways of working must be used.
The first mode of operation involves superimposing the rotational movement of the first piston by means of a cyclical back and forth movement back and forth with respect to the second piston. Examples of rotary machines operating in this way are known from GB 987 989, GB 1 028 098, GB 1 031 626, GB 1 034 023 and GB 1 410 498.
The second mode of operation involves superimposing the rotational movement of the two pistons through a cyclical reciprocating movement back and forth, namely out of phase by 180 ° between the two pistons, so that when the wings of the first piston move forward, the wings of the second piston move relatively backward to hit the first. From WO 86/01 255, GB 1 419 043 and GB 2 251 655 rotary machines are known which operate in this way.
Rotary machines are generally much simpler in construction than their reciprocating counterparts because they do not require valves, and linkage and the like. However, there is a problem in controlling the relative movement of the pistons to achieve the desired effect.
In this regard, the desired mode of operation can be achieved very simply by a simple harmonic reciprocating movement derived from the movement of a point rotating about an axis. The principal difficulty in achieving relative piston movement control is to convert what is essential to two-dimensional movement, namely, converting rotation into a simple reciprocating forward and backward movement.
Many known control systems use a sliding pin and slot arrangement to achieve the simple harmonic reciprocation from the rotary motion of the pin on a planet gear that drives a gear located on the main shaft of the rotary machine. Other similar arrangements are also known. Such examples are known from GB 1 034 042 and US Pat. No. 4,788,952. Other known control systems use complex systems of cranks, connecting rods and / or cams to achieve the reciprocating motion. Control devices of this type are disclosed by GB 987 989, GB 1 028 098, GB 1 031 626, GB 1 410 478 and WO 86/01 255.
All of the known devices mentioned above are inadequate in at least one or other of the following respects - they comprise oscillating masses at relatively large distances from the axis of rotation, so that this creates complex vibration patterns which lead to mechanical unsuitability, they are unable to work at high speed and / or unable to change the working speed quickly, they are subject to high mechanical wear, and they are large and bulky in relation to the other components.
GB 1 419 043 shows another way. This training is a step towards an executable solution; however, as can be seen from the drawings accompanying the patent specification, particularly Fig. 1, the control device and the gearbox required more space than the rotary machine itself. In addition, the arrangement of a single offset planet gear (11) at each end of the rotary machine, such as 1 and 4 to 7 of the drawings, no conversion of a resulting force from zero to zero, so that the unusable result is achieved due to the dynamic imbalance and thus the instability.
The transmission with control device disclosed in GB 2 251 655 has a further advantage. In this context, it should be noted that the control device is located on the main shaft of the rotary machine, so that a relatively compact unit can be created as a result. However, problems with the disclosed control device consist in the fact that the connecting arms (16) move back and forth so that an alternating load arises along the main shaft. If the rotary machine works in the first mode of operation mentioned at the outset, significant vibrations occur as a result. This vibration can be largely prevented if a second device is arranged on the other side of the actual machine in such a way that it works at 180 ° out of phase.
The latter ensures that the rotary machine operates in the second manner mentioned at the beginning. Nevertheless, the device explained is still unsatisfactory because of the mechanical problems that result from the reciprocating arm. Because of the further need for specific relationships between the bevel gear (12) and the bevel gears (11), there is a limitation in the amplitude of the oscillating motion that can be transmitted to the piston vanes, thereby limiting the chamber size of the rotary machine. Finally, the arrangement of a transmission and a control device on both sides of the rotary machine means disadvantages in that assembly and maintenance are difficult and that the practical use of such a machine is more difficult.
The aim is to create a control device which can also serve as a gear and is suitable for use with a "cat and mouse" type rotary machine, in which control device at least part of the aforementioned problems of the known devices can be avoided.
Summary of the invention
In a first broad aspect, the invention relates to a device which serves as a control mechanism and as a transmission and is suitable for use in connection with a rotary machine, the device having a housing from which a first and second shaft projects, the two shafts being coaxial lie, characterized in that the second shaft ends in a frame that rotates when the second shaft rotates, with a first and second bevel gear, which are immovably arranged in the housing and aligned coaxially with the first and second shaft and in such Distance from each other, that the intermediate frame can rotate freely, that a first and second planet gear are arranged in the frame, which are coaxial to each other,
the axis of rotation of which is offset from an axis lying at right angles to the common axis of the first and second shafts and the first and second bevel gears, so that the first planet gear engages only the first bevel gear and the second planet gear engages only the second bevel gear, so that when the second shaft and the frame rotate, the first and second planet gears mesh with their associated bevel gear and rotate in the same direction of rotation that there is a transmission element in the frame between the planet gears, which meshes with the first shaft to transmit a simple harmonic back and forth motion to or from the first wave.
The above-mentioned device gives a significant advantage over the known, since the device can work dynamically completely balanced. Furthermore, such a device can be made very compact, can continue to have a long mechanical life and can be exposed to high loads.
It is advantageous if the transmission element has a connecting part which has a constant speed and which is seated on the first shaft, the connecting part which has the constant speed has a first and a second attachment, the first attachment being eccentrically and rotatably connected to the first planet gear and the second approach is eccentrically and rotatably connected to the second planet gear.
It is advantageous if the first and second lugs lie aligned with a common axis which passes through the center of the connecting part having the constant speed.
The angle of the eccentricity of the common axis of the first and second lugs with respect to the axis of rotation of the first and second planet gear is expediently in the range between 5 ° and 80 °.
The angle of the eccentricity of the common axis of the first and second approaches with respect to the axis of rotation of the first and second planetary gear can optionally be in the range from 30 ° to 60 °.
As an alternative to this, the angle of eccentricity of the common axis of the first and second lugs with respect to the axis of rotation of the first and second planet gears can be in the range from 5 ° to 40 ° and especially in the range from 15 ° to 25 °.
It is possible for the transmission element to comprise a spherical part which is arranged immovably on the first and second planet gears and lying between them, the spherical part having a circular cam track which is inclined at an angle between the axis of rotation of the first and second planet gears and of the spherical part and the axis of rotation of the first shaft, that the transmission element further has a circular eccentric roller which is rotatably attached to the cam track, the eccentric roller being pivotally connected to a yoke which is itself connected to the first shaft.
It is advantageous if the angle of inclination of the cam track with respect to the axis of rotation of the spherical part and thus of the first and second planet gears is in the range between 10 ° and 85 °. The angle of inclination can optionally be between 30 ° and 60 °. It is also possible that the angle of inclination is in the range between 50 ° and 85 °. In particular, the angle of inclination can be in the range from 55 ° to 75 °.
In a further embodiment, the transmission element can have a component which is pivotably pinned on the first shaft and has a first and a second attachment, the first attachment being connected eccentrically and rotatably to the first planet gear and the second attachment being eccentrically and rotatably connected to the second Planet gear is connected.
It is advantageous if the first and second lugs are aligned with a common axis that passes through the center of the pivotably pinned component.
It is expedient if the angle of the eccentricity of the common axis of the first and second approaches with respect to the axis of rotation of the first and second planet gears is in the range of 5 ° and 80 °.
The angle of the eccentricity of the common axis of the first and second lugs with respect to the axis of rotation of the first and second planet gears can optionally be in the range from 30 ° to 60 °.
As an alternative, the angle of eccentricity of the common axis of the first and second lugs with respect to the axis of rotation of the first and second planet gears can be in the range of 5 ° and 40 °, in particular in the range of 15 ° and 25 °.
It is advantageous if the bevel gears and the planet gears are designed as spiral-toothed bevel gears.
The first and second shafts are advantageously concentric with one another, the second shaft being designed as a hollow shaft to receive the first shaft.
The device expediently has a third shaft which is coaxial with the first and second shaft and is connected to the frame, which third shaft projects from the frame on the opposite side with respect to the second shaft.
The number of teeth of the bevel gears is advantageously a binary multiple of the number of teeth of the planet gears.
In particular, the bevel gears have twice the number of teeth as the planet gears.
The invention also relates in a second broad respect to a rotary machine incorporating the device according to claim 1, the rotary machine being of the "cat and mouse" type.
It is advantageous if the rotary machine has two pistons, each piston having two radially opposite piston vanes.
It is expedient if the first shaft of the device is connected to the one piston and the second shaft of the device is connected to the other piston.
As an alternative, the simple harmonic back and forth movement back and forth can be transmitted to the two pistons or from these two pistons via a differential with a 180 ° phase shift.
In particular, the first shaft of the device can be connected to a piston and the second shaft can end in a circular yoke which has a plurality of radially outer, freely rotating planet gears which are arranged at an even spacing over the circumference and which mesh with two bevel gears which are in engagement are arranged coaxially to each other, on each of the two pistons of one of these bevel gears.
An advantage of the last-mentioned design is to be seen in the fact that the second mode of operation explained at the beginning can be carried out with only a single transmission and control device.
The rotary machine is advantageously designed as a pump. Alternatively, the rotary machine can also be either an internal combustion engine or a steam engine.
Brief description of the drawings
In the following preferred embodiments of the invention, which only show examples, are explained with reference to the attached drawings. Show it:
Figure 1 is a schematic side view, partly in section, of a transmission and a control device according to the invention.
FIG. 2 shows a plan view of an eccentric roller, a yoke and a rotary shaft of the device according to FIG. 1;
3 shows a side view of a spherical cam of the device according to FIG. 1;
4 shows a schematic side view, partly in section, of a further embodiment of the transmission and the control device according to the invention;
FIG. 5 shows a diagrammatic exploded drawing of a transmission element, a first and second shaft and a housing of the device according to FIG. 4;
6 shows a cross section along the line XX min of the device according to FIG. 4;
7 shows the device shown in FIG. 4, which is coupled to the pistons of a schematically illustrated lathe;
FIG. 8 shows the device shown in FIG. 4, which is coupled to the pistons of a schematically illustrated lathe which has a different structure; and
9 shows a cross section along the line ZZ min in FIG. 8.
Description of the preferred embodiments
The first embodiment of the invention according to FIGS. 1 to 3 shows a device 1 which is suitable as a control device and transmission with a rotary machine of the so-called "cat and mouse" type.
In more detail, the device 1 has a housing 2, from one side of which two shafts 3, 4 protrude. The shafts 3 and 4 are coaxial and concentric, the shaft 4 being designed as a hollow shaft and receiving the shaft 3 rotatably. One end of the shaft 4 extends to a rotatable frame 5 and is attached to it.
In the housing 2, two bevel gears 6 and 7 are arranged rotatably and are coaxially aligned with each other and with the shafts 3 and 4. The bevel gears 6 and 7 are spaced from one another such that the frame 5 can rotate between them. In the frame 5, a first planet gear 8 and a second planet gear 9 are arranged coaxially on an axis of rotation which is inclined at an angle mu with respect to the vertical (perpendicular to the axis of rotation of the bevel gears 6 and 7). This angular displacement ensures that the planet gear 8 is only in engagement with the bevel gear 6 and that the planet gear 9 is only in engagement with the bevel gear 7. When the shaft 4 and the frame 5 rotate, the planet gears 8 and 9 also rotate in the same direction.
Between the planet gears 8 and 9 there is a transmission element 10 which is in engagement with the shaft 3 in order to transmit a simple harmonic back and forth movement back and forth to or from it.
The transmission element 10 has a spherical cam part 11 with a circular cam track 12 which is inclined at an angle A to the axis of rotation of the cam part 11. From opposite sides of the cam part 11, two axles 13 and 14 protrude outwards and are rigidly attached to a respective assigned planet gear 8 or 9. The planet gears 8 and 9 thus rotate together with the spherical cam part 11.
It can best be seen from FIG. 2 that a circular eccentric roller 15 is in sliding connection with the cam track 12. The eccentric roller 15 is pivotally mounted with its vertical center line in FIG. 2 in a yoke 16, which yoke is designed as an extension of the shaft 3.
When the spherical cam part 11 rotates, the inclined cam track 12 with the slidable eccentric roller 15 therein encircles the cam part 11. Since the eccentric roller 15 acts on or follows the cam track 15, the angular changes in their position in the plane parallel to the shaft 3 have a relative one Pivotal movement between yoke 16 and eccentric roller 15. Changes in angle in the plane at right angles to shaft 3 are converted or result in a simple harmonic back and forth movement of shaft 3.
The device 1 also has a third shaft 17 fixedly arranged on the frame 5, which is coaxial with the shafts 3 and 4 but on the opposite side of the housing 2.
Depending on whether the device is connected to a rotary pump or a rotary internal combustion engine or a steam engine, the shaft 17 serves as a main input shaft or a main output shaft. In this regard, the shaft 3 has a free end which projects beyond the end of the shaft 4 so that corresponding pistons, not shown, of a rotary machine, not shown, can be connected to the suitable shafts 3 and 4.
A further embodiment of the present invention will now be explained below with reference to FIGS. 4 to 6, the same components as in the first embodiment being designated the same.
The transmission element 10 comprises a connecting part 20 which causes a uniform speed and which is fastened by means of serration at the end of the shaft 3 within the housing 2. Lugs 21 and 22 are provided on opposite sides of the connecting part 20 which effects the uniform speed. Each attachment 21 and 22 is rotatably mounted eccentrically in an associated hub 23, 24, which hubs themselves are rotatably mounted in the frame 5.
The planet gear 8 is non-rotatably seated on a shoulder 25 which projects from the hub 23 and is aligned coaxially with its axis of rotation. In the same way, the planet gear 9 is seated on a projection 26 projecting from the hub 24, which is coaxially aligned with its axis of rotation.
As a result of the eccentric arrangement of the lugs 21 and 22 with respect to their associated hubs 23 and 24, the connecting part 20, which moves at a uniform speed, is inclined at an angle B to the common axis of rotation of the planet gears 8 and 9.
When the interconnected shafts 17 and 4 rotate, the planet gears 8 and 9 are also rotated by pulling (or pushing) through the frame 5. When the planet gears 8 and 9 rotate, the hubs 23 and 24 also have to rotate and as a result the lugs 21, 22 located within the hubs 23, 24 transmit a wobbling movement to (or from) the connecting part 20 moving at constant speed.
When the connector 20 moving at a constant speed tumbles, the movement in the plane parallel to the shaft 3 is effected (or generated) by the connector 20 itself. However, the movement perpendicular to the shaft 3 is transmitted to the shaft 3 by the connecting part 20 moving at constant speed (or vice versa).
The shaft 3 effects or is acted on with two angular components, namely a pure rotation, together with the shaft 4, and also a simple harmonic back and forth movement back and forth.
It can be seen that in the embodiment explained, the connecting part 20, which moves at a constant speed, is only effective as a pinned pivoting part with respect to the shaft 3. Accordingly, in some cases it may be desirable to replace the connecting part 20 moving at constant speed with a simple swivel part which is pivotably pinned to the shaft 3 either directly or indirectly.
However, it is evident that the connecting part 20 moving at constant speed offers more advantages in terms of smaller volume and smaller size of the device 1, e.g. in the power transmission, which is distributed over the entire circumference of the shaft 3.
7 to 9 show two possible different designs of a rotary machine in which the device 1 is used.
In the rotary machine 30 shown in FIG. 7, the shaft 3 of the device 1 is connected to a first piston 31, and the shaft 4 is connected to a second piston 32. In this embodiment, the rotary machine 30 operates in the first mode of operation described earlier, namely in such a way that the piston 32 rotates at a specific angular velocity, while the first piston 31 moves with a reciprocating movement above and below this angular velocity Sequence of the superimposed relative simple harmonic forward and backward back and forth movement, controlled by the device 1.
In the second embodiment of the rotary machine 40 according to FIGS. 8 and 9, the shaft 3 of the device 1 is connected to a first piston 41. 7, however, the shaft 4 is not directly connected to the other piston 42, but ends in a serrated section 43 on which a yoke 44 is seated. Four lugs 45, distributed uniformly over the circumference, project radially outward from the yoke 44. A planet gear 46 is freely rotatable on each shoulder 45. Each of the pistons 41 and 42 carries an internal bevel gear 47 and 48, which meshes with each planet gear 46.
A differential is formed by the networked arrangement, and although both pistons have a common component V of the angular velocity to the front, they also have a superimposed reciprocating component of the angular velocity, namely 180 ° out of phase with one another, controlled by the device 1 .
Returning to the previous explanation, the angles A and B shown in FIGS. 1 and 4 mean the amplitude of the reciprocating forward and backward motion that is applied to one or both of the pistons 31 (or 41, 42) the rotary machine 30 (or 40) can be transmitted.
In the drawings, A is shown at around 60 ° and B is shown at around 25 °, but can also be up to around 30 °.
It can be seen that the value for A is equivalent to the value of B, calculated as 90 ° -A. Therefore, the equivalent value in FIG. 1 is 30 °.
In the embodiment according to FIG. 1 with an arrangement according to FIG. 7, the amplitude of the reciprocating movement of the piston 31 amounts to a total of 60 °. In the same way in the embodiment according to FIG. 4 with an arrangement according to FIG. 7, the amplitude of the reciprocating movement of the piston 31 amounts to a total of 50 °. Where each piston 31, 32 has two radially opposite wings, each extends over a sector of approximately 59 °, in the embodiment according to FIG. 1 and is 64 ° in the embodiment shown in FIG. 4 (with one gap of 2 ° between the pistons 31 and 32 and the end positions of the reciprocating movement).
In the arrangement according to FIGS. 8 and 9, however, each wing of a two-bladed piston occupies a sector of approximately 29 ° if the embodiment according to FIG. 1 is used, and if the embodiment according to FIG. 4 is used, the sector is for everyone Piston wing 34 DEG.
In an arrangement according to FIG. 7, it can prove to be advantageous if each piston has four or another multiple of two piston wings. In such a case e.g. each wing then only needs half the sector area of a two-bladed piston.
If the rotary machine is an internal combustion engine, it is clear that it is still necessary to adjust the frequency of the reciprocating movements so that the desired two-stroke or four-stroke operation is achieved. This can be achieved by changing the ratio in the number of teeth of the planet gears 8, 9 to the number of teeth of the bevel gears 6, 7. However, the ratio should also be a multiple of two.
Where the rotary machine is designed as a pump in connection with the device 1, there are no problems with the torque transmission from shaft 3 to shaft 17. However, if the rotary machine is an internal combustion engine or a steam engine so that the torque and power occur within the shaft 3 and come out through the shaft 17, care must be taken to ensure that the power stroke is in the correct position of the transmission element 10 occurs. To take this into account, the working stroke should not continue beyond the middle position of the simple harmonic back and forth movement back and forth, unless otherwise the device 1 can be inclined so that a lock occurs in some cases.
Additional advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art after considering the principles in each item as explained and illustrated.
It should also be pointed out that changes can be made in the aforementioned exemplary embodiments of the invention without deviating from the principles of the teaching. For example, all gears are spiral bevel gears for improved running properties. Furthermore, the wings of a piston can have any shape.
Finally, it should also be pointed out that the invention is not restricted to the specific exemplary embodiments described and illustrated, but encompasses all changes, additional developments or changes which are within the scope of the appended claims.